1.3.1高斯散度定理

散度的体积分等于闭合曲面面积分
本质上,就是微积分中讲过的高斯定理,只不过用散度的符号书写✍
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在数学意义上,高斯定理把第二类曲面积分转化为三重积分
在物理意义上,上式可以翻译为:某矢量场的散度的体积分=该矢量场流过积分区域外表面的通量
结合对散度的理解:散度表示的是源的密度;那么散度的体积分就表示的是源的总量;源决定了通量

1.3.2斯托克定理

旋度的面积分等于环路积分
本质上,也就是微积分中讲过的这样一个定理:
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  • 在数学中,可以把第二类曲线积分和第二类曲面积分相互转化
  • 从物理意义出发,旋度表示源的面密度,对其进行第二类曲面积分,得到源的总量;也就决定了环量

1.3.3无散场和无旋场

产生矢量场的两种源:
  • 发出或吸收通量线的散度源
  • 产生涡旋场的旋度源

无旋场

恒等式(1-46)的物理意义可表述为,任一无旋场一定可由一个标量场的梯度予以表征,或者说,任何梯度场一定是无旋场
正如第2章中的论述,由于静电场的电场强度E的旋度处处为零,静电场为无旋场,因此,电场强度E可以表示为标量电位φ的梯度,通常令E=-Vφ;反之,由标量电位φ的梯度构成的梯度场E,其旋度必然处处为零。

无散场

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1.3.4 亥姆霍兹定理

矢量场唯一地由其散度和旋度所确定
矢量场可以表示为梯度和散度之和
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下面的部分是不太严谨的数学证明,用到了之前无源场的性质,值得学习:
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?这个公式需要记忆?

1.3.5 常用恒等式

  • 任何梯度场都是无旋场
    • 任何旋度场都是无散场
      • 用于简化涉及两次旋度运算的表达式:
        • NOTE THAT:
          拉普拉斯算子的最初定义是针对标量场的,其意义类似于求二阶导(梯度的散度)
          但是后来作为一种运算被引申到了矢量场
           
      • 散度算子作用于标量场和矢量场时的乘法规则
       
      • 梯度场的散度等于该标量场的拉普拉斯算子
      • 笛卡尔坐标系下拉普拉斯算子的计算式:
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      浙江大学电气工程学院本科生
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